Etude des caractéristiques de dispersion et des propriétés rhéologiques des dressings de cacao et sarrasin avec maltitol

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1 Revue de Génie Industriel ISSN Etude des caractéristiques de dispersion et des propriétés rhéologiques des dressings de cacao et sarrasin avec maltitol Ivanka Petrova 1, *, Valentina Dobreva, Dimitar Hadjikinov, Mima Hadjikinova 1 Université des technologies alimentaire, Sofia, Bulgarie * Auteur correspondant : Révisé et accepté : le 30 avril 2013/ Disponible sur Internet : le 5 janvier 2015 Résumé L influence d édulcorant maltitol cristallin et sous forme du sirop, sur les caractéristiques de dispersion et des propriétés rhéologiques des dressings de cacao et sarrasin a été étudiée. Une comparaison des propriétés physico-chimiques des dressings avec maltitol et des dressings avec sucre a été effectuée. Les caractéristiques rhéologiques et de dispersion ont été déterminées. Les possibilités d application d édulcorant maltitol dans la production des dressings ont été discutées. Abstract The influence of bulk sweetener crystalline maltitol and in the form of syrup on the dispersion characteristics and rheological properties of the dressings with cocoa and buckwheat has been studied. A comparison of the physicochemical properties of the dressings with maltitol and dressings with sugar has been made. Rheology properties and dispersion characteristics have been investigated. The applicability of sweetener maltitol in the production of dressings has been discussed. Mots-clés : sarrasin, maltitol, dispersion, rhéologie Keywords : buckwheat, maltitol, dispersion, rheology Introduction L importance de la nutrition pour la santé et la performance des gens fait le choix de la nourriture un facteur essentiel. Ce centre d intérêt des consommateurs se reflète sur la production et la fourniture des denrées alimentaires et provoque des recherches approfondies sur les opportunités de développement de nouveaux produits [1,2]. Les nouvelles tendances dans l industrie alimentaire envisagent réduction dans le tanneur en graisses saturées, acides gras trans, sucres et sel dans les aliments par introduction des technologies innovantes répondant aux recommandations pour une alimentation saine. [3,4] L intérêt significatif des gens à la consommation des aliments à faible tanneur en énergie et sucre est responsable de l expansion des polyols comme une alternative du sucre dans la formulation des différents produits alimentaires. Le maltitol est édulcorant, attribué au groupe des polyols. Il se caractérise par un faible indice glycémique (IG=35.27), relativement faible continue énergétique (2.4 kcal/g) et suavité relative proche à celle du sucre (0.9). Ces propriétés fonctionnelles rendent le maltitol très approprié à être utilisé dans la production des nouveaux aliments avec tanneur du sucre réduit. [5,6]. 1

2 Nos études préliminaires ont montré que le sarrasin et les produits de son traitement ont la capacité de stabiliser des systèmes dispersés huile/eau et ont un impact positif sur l activité biologique des émulsions [7,8]. La majorité des dressings sont des demi-produits sous forme d émulsions qui trouvent application dans les technologies d une large gamme des produits de confiserie. Leurs caractéristiques rhéologiques et surtout leur viscosité, sont des paramètres essentiels qui déterminent la qualité organoleptique et sensorielle du produit finale [9]. Le facteur principale qui influence ces paramètres est la composition des dressings, et surtout le type des sucres, des huiles et des agents émulsifiants et reliant sélectionnés. [10,11] Le but de ce travail est de déterminer l influence du sirop de maltitol et de maltitol cristallin sur les caractéristiques de dispersion et des propriétés rheologiques des dressings de cacao et sarrasin et d étudier les possibilités d application de ces édulcorants dans la production des dressings avec continu de sucre réduit. Matériaux et Méthodologie Farine de sarrasin La farine de sarrasin utilisé pour la préparation des dressings est Farine de sarrasin "Darnitron" Sofia, caractérisé par une teneur en protéines - 13,5 %, graisse - 2,8 % d'amidon - 76,4 % (y compris l'amylose - 27,9 %); pentosans - 1,9 %, humidité 14 %, cendres 0,2 % et une acidité de 6 H. Phase huileuse Huile de mais «Olitalia» a été utilisée en tant que phase huileuse. Le produit se caractérise avec une quantité d acide gras monoinsaturés-13 %, acides gras polyinsaturés-55 % et des acides gras insaturés- 13 %. Edulcorant En tant qu édulcorant sont utilisés Maltitol cristallin- Sweet pearl P90, Requette, France et Sirop de Maltitol- MALTILITE,Tereos syral, France. Formulation des dressings modèles Apres avoir testé différentes compositions des dressings, il a été élaborée une formulation final : pour les dressings avec sucre et maltitol cristallin, la quantité d édulcorant : 10 %, pour le dressing avec sirop de maltitol, quantité d édulcorant : 11.9 % ; pour tous les trois échantillons : huile de mais- 15 %, lait écrémé déshydraté- 1.5 %, suspension de sarrasin- 50 % et poudre de cacao 5 %. Analyses physico-chimiques et rhéologiques ; Les valeurs des paramètres humidité, et ph, sont déterminées par des méthodes classiques. Le montant des substances réducteurs et des sucres totaux a été analysé par la méthode iodométrique [12].Les propriétés rhéologiques des dressings ont été déterminés sur viscosimètre "Rheotest 2", Allemagne, avec variation du gradient de vitesse de 0,17 à 72,9 s -1 et à des températures de 20, 30, 40 C. Détermination des propriétés de dispersion Pour déterminer les caractéristiques de dispersion des particules colloïdales dans les systèmes étudiés (dressings) une méthode d analyse d images numériques- Image Analisis a été appliquée [13]. Le traitement informatique est effectué avec un logiciel d analyse d images microscopiques- UTHSCSA Image Tool- Version 3.0, développé par Université du Texas. La capture des images numériques des échantillons a été réalisé a l aide d un microscope BOECO BM-180 (Allemagne) équipé d une camera MDCE-5 USB 2.0 (Chine). 2

3 Le traitement statistique des résultats a été fait par ANOVA avec niveau de confiance (α) Résultats et discutions Propriétés physico-chimiques Pour déterminer l influence de maltitol cristallin et celle du sirop de maltitol sur les caractéristiques des dressings préparés, une comparaison des propriétés physico-chimiques des trois types des dressings (avec maltitol cristallin, avec sirop de maltitol et avec sucre) a été effectuée. Dans le tableau 1 sont présentés les résultats obtenus. D après les données (tabl.1) à l exception de la teneur en sucres totaux, les valeurs des autres indices sont presque égales. La raison pour la valeur nettement plus élevée de cet indice dans l échantillon préparée avec sucre, est la participation du sucrose dans la composition du produit. Tableau 1. Valeurs des indices des dressings préparés avec sucre, maltitol cristallin et sirop de maltitol Indices Matière sèche (MS), % Sucres totaux, % de la MS Sucres réducteurs, % de la MS Avec sucre Dressings Avec maltitol cristallin Avec sirop de maltitol ph Etude des caractéristiques de dispersion Les dressings étudiés sont sous la forme des émulsions et les propriétés de dispersion de la phase huileuse déterminent les propriétés structurales et mécaniques des dressings et leur stabilité. La taille et la distribution des globules d huile affectent la stabilité du processus de floculation, la coalescence et la crémation, le comportement rhéologique et la performance sensorielle des dressings (texture, couleur, vitesse de libération des composants volatiles ext.). Tableau 2. Caractéristiques de dispersion Avec sucre Dressings Avec maltitol cristallin Avec sirop de maltitol D, µm d, µm 2.93± ± ±0.22 Md, µm d 32, µm , µm ± ± ±7.15 3

4 , µm ± ± ±5.42 D dispersion; d diamètre moyen, Md diamètre médian, d 32 diamètre de Sauter des globules d huile; volume moyen и surface moyenne d un groupe des globules d huile. Les données du tableau 2 et le traitement statistique des résultats (à α= 0.05) révèle des mineurs différences dans les caractéristiques de dispersion des systèmes modèles étudiés. On observe des valeurs semblables d indice degrés de dispersion dans tous les trois dressings. Le diamètre moyen des globules d huile d émulsion avec sucre est 2.93 et 3.3 pour l émulsion avec maltitol cristallin. La même tendance dans la variation des valeurs des trois échantillons est observée pour les indices diamètre médian et diamètre de Sauter. L étude des caractéristiques de dispersion démontre la nature polydisperse des systèmes des émulsions. La distribution des globules d huile de la phase dispersée par diamètre moyen est présentée sur les histogrammes expérimentaux (Figure 1.) et sur les microphotographies (Figure 2.) (A) (B) 4

5 (C) Figure 1. Histogrammes expérimentaux des dressings avec sucre (A), maltitol cristallin (B) et syrop de maltitol (C) (A) (B) (C) Figure 2. Microphotographies des dressings avec sucre (A), avec maltitol cristallin (B), avec sirop de maltitol (C) Les histogrammes expérimentaux montrent le caractère polydisperse des trois dressings. Le diamètre des globules d huile varie de 0.67 µm jusqu à 10 µm. Une grande partie des globules d huile des dressings possèdent un diamètre moins à 3 µm. Les résultats obtenus affichent des caractéristiques de dispersion proches des trois dressings modèles. Dans la pratique, le remplacement technologique du sucre avec maltitol peut être appliqué à la fois pour atteindre un produit avec énergie métabolique diminuée et pour des produits attribués aux gens avec des besoins alimentaires spécifiques, sans affecter les caractéristiques de dispersion du produit originale préparé avec sucre. Les systèmes modèles étudiés ont montré une bonne stabilité de l'émulsion. Ils ne se dédoublent pas pendant le stockage statique et après un test centrifuge (20 minutes de centrifugation à 314 rad.s -1 ) les échantillons montrent une très bonne stabilité de l'émulsion il n y pas d'huile séparé de la phase dispersée. Etude des propriétés rhéologiques Figure 3 présente les courbes rhéologiques d écoulement des dressings modèles en corrélation de la contrainte de cisaillement (τ) et le gradient de vitesse (D). 5

6 Figure 3. Rheogrammes des dressings a 20 C A la base des rheogrammes obtenues (Figure 3) sont déterminées la tension de décalage statique et la tension de décalage dynamique. Tableau 3. Caractéristiques rhéologiques des dressings Dressing Θ st. (Pa) Θ d.,(pa) Coefficients Avec sucre: - t= 20 ºС - t= 30 ºС - t= 40 ºС Avec maltitol cristallin: - t= 20 ºС - t= 30 ºС - t= 40 ºС Avec sirop de maltitol: - t= 20 ºС - t= 30 ºС - t= 40 ºС B m R Θ st.- tension de décalage statique, Θ d- tension de décalage dynamique, B- coefficient de consistance, m-vitesse de destruction de la structure, R- coefficient de détermination Le comportement rhéologique des trois systèmes modèles, caractérise les dressings comme des fluides non-newtoniens. Les valeurs obtenues pour Θ st déterminent les dressings comme des corps pseudo plastiques. Les viscosités structurales (η) des échantillons analysés, en fonction du gradient de vitesse (D) sont présentées sur la figure 4. Il est évident que les valeurs de la viscosité des trois dressings sont très proches et avec augmentation de D, elles diminuent. 6

7 Figure 4. Viscosité structurale (ɳ) des dressings avec sucre, avec maltitol cristallin et avec sirop de maltitol en fonction du gradient de vitesse (D) Les viscosités structurales (η st, Ра.s) des dressings sont déterminées par l équation d Ostwald-de Walé (1) B- coefficient de consistance D- gradient de vitesse, s -1 m- vitesse de destruction de la structure Η st = В.D -m (1) Les valeurs des coefficients selon le type de dressing, et selon la température à laquelle sont réalisées les analyses sont indiquées dans le tableau 3. Le coefficient de détermination (R 2 ) se caractérise avec des valeurs relativement élevées ce qui indique que l'équation d Ostwald-de Walé est conviennent choisi pour la détermination des viscosités des dressings. 7

8 Figure 5. Influence de la température sur la viscosité structurale des dressings de cacao et sarrasin (D= 24,3 s -1 ) Sur la figure 5 sont présentées les viscosités des trois dressings en fonction de la température à D=24,3 s -1. On observe qu avec augmentation de la température de 20 C à 40 C, les valeurs de la viscosité diminuent. Pour les dressings avec sucre, à 40 C, la viscosité diminue avec 47% par apport la viscosité à 20 C. Pour les systèmes avec édulcorant tel changement a été repéré respectivement de 48 % pour le sirop de maltitol et de 50% pour le maltitol cristallin. Conclusion Les résultats obtenus pour les propriétés de dispersion des dressings préparés à la base de cacao et sarrasin avec sucre, maltitol cristallin et sirop de maltitol donnent raison de conclure que les dressings avec maltitol possèdent des caractéristiques de dispersion proches à celles des dressings avec sucre. La distribution des globules d huile est similaire pour les trois dressings et les valeurs des indicateurs diamètre moyen, diamètre médian et diamètre de Sauter des systèmes sont relativement proches. Le remplacement du sucre avec une quantité équivalente de maltitol cristallin ou bien sirop de maltitol dans la structure des dressings à la base de cacao et sarrasin ne reflète pas considérablement sur les propriétés rhéologiques des produits étudiés. Les trois dressings maintiennent le même modèle de comportement rhéologique. Les résultats montrent la possibilité de remplacer le sucre par maltitol dans diverses solutions technologiques pour la fabrication des dressings de type sans sucre. Références bibliographiques 1. Santos, G. G., Silva M. R. Mangaba ice cream prepared with fat replacers and sugar substitutes. Ciênc. Tecnol Aliment 2012, vol.32 (3), Mullie, P., Godderis L., Clarys P. Determinants and nutritional implications associated with low-fat food consumption. Appetite 2012, vol.58 (1), Norton, J.E., Fryer P.J., Parkinson J., Cox P.W. Development and characterisation of tempered cocoa butter emulsions containing up to 60% water. Journal of Food Engineering 2009, vol. 95(1), Petković, M., Pajin B., Tomić J. Effects of Temperature and Mixer Speed Rotation on Rheological Properties of Spreads with Maltitol. Journal of Food Process Engineering 2013, DOI: /jfpe

9 5. Dobreva, V., Hadjikinova M., Slavov A., Hadjikinov D., Dobrev G., Zhekova B. Functional properties of maltitol. Agricultural science and technology 2013, vol.5, N2, Hadzikinova, M., Sikora E., Hadzikinov D., Sikora M., Kuryla M. Zywnozc projektowana designed food. Krystyjan 2011, Czesc ІІ, PTTZ, Krakow. 7. Petrova, I., Stamov S., Study of the rheological properties of emulsion system with buckwheat flour. Food science, engineering and technologies 2009, Plovdiv, vol. LVI N2, Nikovska, K., Petrova I., Mihov R., Stamov St. Food emulsions technologies and nutrition. Nine national scientific conference with international participation Ecology and health- 2012, Academic publishing house of Agriculture university- Plovdiv, Mihov R., Hadjikinova M., Hadjikinov D. The influence of mechanical processing on the rheological properties of cacao emulsion dressings. Food science, engineering and technologies 2012, vol VIII, N2, McClements, D.J. Critical Review of Techniques and Methodologies for Characterization of Emulsion Stability. Food Science and Nutrition 2007, vol.47, N7, Rodríguez-Patino J. M., Pilosof M.R. Proteinepolysaccharide interactions at fuid interfaces. Food Hydrocolloids 2012, Lorié I.S., Skokan L.E., Citovich A.P. Technological and microbiological control in confectionery manufacturing 2003, Kolos, Moscow, Schubert, H., Engel R., Kempa, L. Principles of Structured Food Emulsions: Novel formulations and trends 2006, IUFOST DOI: / IUFoST:

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